Einfach Technik: Die Elektrifizierung der neuen Mercedes-Benz C-Klasse

Wer schon einmal vom Verbrenner auf ein batterieelektrisches Fahrzeug umgestiegen ist, weiß: Es ist anders. Ist das Auto wirklich an? Schaffe ich es mit 20 Prozent Akku bis nach Hause? Und wo kann ich laden? Nicht nur das Fahrgefühl ohne Motorsound, sondern auch das durchgeplante Laden sind eine Umstellung. Wer zunächst nur im Segelmodus elektrisch rollen, die Vorteile der Rekuperation kennenlernen und gleichzeitig nicht auf Motorsound verzichten möchte, kann mit der Mild-Hybrid Technologie den ersten Schritt hin zur Elektromobilität wagen. Wer allerdings schon einen wesentlichen Teil seiner Alltagsstrecken rein elektrisch fahren möchte, trifft mit der Plug-In-Hybrid Technologie die richtige Wahl. Beide Antriebstechnologien sind in der neuen Mercedes-Benz C-Klasse verfügbar. Wie sie funktionieren und welche Vorteile sie bieten, erklären zwei Experten aus der Pkw-Entwicklung.

Wie funktioniert die Plug-in-Hybrid Technologie?

„Als Plug-in-Hybrid wird die C-Klasse nicht nur von einem Vierzylinder Benzin- oder Dieselmotor angetrieben, sondern auch von einem 95 kW starken Elektromotor, der seine Energie aus einer Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterie bezieht“, erklärt Matthias Klöpfer. Er ist mit seinem Team an der Entwicklung des Plug-in-Hybrid-Antriebs der vierten Generation beteiligt, der in der neuen C-Klasse zum Einsatz kommt. Besonderes Merkmal dieser neuen Generation ist die kompakte Integration der Leistungselektronik in den Triebkopf und das deutlich leistungsfähigere Antriebssystem .

Die Hochvolt-Batterie besteht aus 96 Zellen, die für eine Gesamtkapazität von 25,4 kWh sorgen. Sie kann an einer Haushaltssteckdose oder einer Ladesäule mit Gleichstrom (DC, direct-current – optional verfügbar) oder Wechselstrom (AC, alternating-current - Serienausstattung) aufgeladen werden. „Beim Gleichstromladen mit bis zu 55 kW an einer Schnellladesäule ist die leere Batterie in circa 30 Minuten wieder vollständig aufgeladen. Beim Wechselstrom dauert es mit 11 kW circa zwei Stunden. Das macht den Hybrid zum praktischen Alltagsauto“, meint Matthias Klöpfer.

Was sind die Vorteile der Plug-in-Hybrid Technologie?

Besonders stolz ist Matthias Klöpfer auf die elektrische Reichweite von rund 100 Kilometern (nach WLTP¹), mit der man problemlos die meisten Alltagsstrecken rein elektrisch zurücklegen kann. Lokal emissionsfreies Fahren hat bei der neuen Generation der Plug-in-Hybride Priorität, weshalb das Fahrprogramm ELECTRIC standardmäßig voreingestellt ist. Für hohe Geschwindigkeiten und lange Strecken steht die große Reichweite des Verbrennungsmotors zur Verfügung.

Ein Plug-in-Hybrid wird also beiden Anforderungen gerecht und die Frage, ob man es mit 20 Prozent Akku bis nach Hause schaffen wird, erübrigt sich: „Egal ob draußen Minusgrade oder sommerliche Temperaturen die Klimatisierung beanspruchen, oder ob man plötzlich in einen Stau gerät: Mit einem Hybrid hat man eben den Reichweiten-Komfort, jederzeit auf den Verbrenner zurückgreifen zu können.“

Noch mehr Komfort  bietet die intelligente, streckenbasierte Betriebsstrategie. „Während der gesamten Fahrt wählt sie im Fahrprogramm HYBRID automatisch die ideale Kombination aus Verbrenner und Elektromotor“, erklärt Matthias Klöpfer. Auf Basis unter anderem von Navigationsdaten, Topografie, Geschwindigkeitsvorschriften und Verkehr wird ermittelt, welche Streckenabschnitte einer Route für den elektrischen Fahrmodus geeignet sind. So wechselt die C-Klasse auf der Autobahn automatisch auf den Verbrenner und spart die elektrische Reichweite auf, um anschließende Strecken durch die Stadt priorisiert elektrisch fahren zu können. „Ich als Fahrer muss also gar nicht darüber nachdenken, welche Strecke ich elektrisch fahre, und welche besser mit dem Verbrenner. Die C-Klasse erledigt das von selbst.“

Im Vergleich zum Vorgängermodell ist die Batterie nun tiefer im Heck verbaut, wodurch die Stufe im Kofferraum entfällt und die Beladung erleichtert wird. Außerdem ist der Elektromotor mit 95 kW (129 PS, max. Drehmoment 440 Nm) noch dynamischer geworden: Bis 140 km/h stellt er die volle elektrische Leistung zu Verfügung, danach wird die elektrische Fahrt soft abgeregelt. „Die 95 kW machen wirklich Spaß! Damit hat man nicht nur an der Ampel oder auf der Autobahn seine Freude, sondern auch an der Tankstelle. Die größte Kraftstoffersparnis erreicht man natürlich, wenn man möglichst viel elektrisch fährt und die Batterie regelmäßig auflädt “, betont Matthias.

Darüber hinaus bietet ein Plug-in-Hybrid aber noch weitere Einsparpotentiale , indem er durch Rekuperation Energie zurückgewinnt oder ineffiziente Betriebszustände des Verbrenners vermeidet, wie zum Beispiel den Bereich sehr niedriger Motorlast im Stop-and-Go-Betrieb.

Wie funktioniert die Rekuperation beim Plug-in-Hybird?

Beim Bremsen, durch Bergabfahrt oder Aufrollen auf ein vorausfahrendes Fahrzeug wird Bremsenergie freigesetzt, die der Elektromotor in Strom umwandelt („rekuperiert“) und zum Laden der Hochvolt-Batterie verwendet. Je größer die Leistung der Batterie, desto mehr Strom kann in die Batterie zurückfließen. Bei der C-Klasse liegt die Rekuperationsleistung bei bis zu 100 kW, sodass auch beim Betätigen des Bremspedals ein maximaler Anteil an Bremsleistung rekuperiert wird. In der Rekuperationsstufe DAUTO legt das Fahrzeug die Rekuperationsleistung je nach Verkehrssituation automatisch fest. Wer lieber manuell rekuperieren möchte, kann mit den Schaltpaddles am Lenkrad die Stärke der Rekuperationsleistung durch drei verschiedene Rekuperationsstufen beeinflussen (in allen Fahrprogrammen außer SPORT): D+, D und D-.

„Das hat natürlich den Vorteil, dass ich als Fahrer in bestimmten Situationen noch vorausschauender rekuperieren kann“, erklärt Matthias Klöpfer. Vor allem für Strecken auf der Autobahn oder auf kurvigen Landstraßen empfiehlt er die Rekuperationsstufe D-. „Sobald ich den Fuß vom Gaspedal nehme, verzögert die C-Klasse rein elektrisch so stark, dass ich teilweise gar nicht mehr bremsen muss. Für mich erhöht sich der Fahrkomfort und gleichzeitig kann ich bei höheren Geschwindigkeiten mehr Bremsenergie zurückgewinnen, um die Batterie wieder aufzuladen. Das macht den Plug-in-Hybrid enorm effizient.“

Neben der Plug-in-Hybrid Technologie werden die Verbrennungsmotoren der neuen C-Klasse auch mit der sogenannten Mild-Hybrid Technologie elektrifiziert. Ebenso wie bei der Plug-in-Hybrid Technologie, setzt man dabei auf eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor, um Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen zu reduzieren.

Wie funktioniert die Mild-Hybrid Technologie?

„Mit der Mild-Hybrid Technologie elektrifizieren wir Verbrennungsmotoren. Die neuen Modelle der C-Klasse Familie bieten dadurch noch mehr Fahrdynamik – und das bei einem deutlich geringeren Verbrauch“, erklärt Christof Kühner. Er leitet den Gesamtfahrzeugversuch der Mercedes-Benz C-Klasse, in der die neuen Vierzylindermotoren als Mild-Hybride verfügbar sind. Die C-Klasse ist sowohl mit dem neu entwickelten Vierzylinder-Benzinmotor M 254 als auch dem aktualisierten Vierzylinder-Dieselmotor OM 654 erhältlich. Beide Aggregate verfügen nun zum ersten Mal über einen Integrierten Startergenerator (ISG) und ein 48-Volt-Bordnetz. „Der ISG liefert ab der ersten Umdrehung zusätzliche 15 kW elektrischen Vortrieb.“

Konkret bedeutet das: Jeder Mercedes mit ISG und 48-Volt-Bordnetz ist ein Mild-Hybrid. Im Gegensatz zur Plug-in-Hybrid Technologie treibt der Elektromotor das Fahrzeug aber nicht an, sondern unterstützt den Verbrennungsmotor im niedrigen Drehzahlbereich, zum Beispiel beim Starten, Anfahren und Beschleunigen.

Was sind die Vorteile der Mild-Hybrid Technologie?

In den neuen Vierzylindermotoren der C-Klasse kommt die zweite Generation des Integrierten Startergenerators zum Einsatz. Der ISG vereint Starter und Generator in einer leistungsfähigen Elektromaschine, die zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe platziert ist. An dieser E-Maschine ist eine 48-Volt-Batterie angeschlossen, die das Bordnetz und die E-Maschine mit Strom versorgt. Durch diese Kombination aus ISG und 48-Volt-Bordnetz wird nicht nur die Fahrdynamik optimiert, sondern auch die Effizienz.

Sowohl im Vierzylinder-Benziner M 254 (190 kW/258 PS, max. Drehmoment 400 Nm) als auch im Vierzylinder-Diesel OM 654 (195 kW/265 PS, max. Drehmoment 550 Nm) werden kurzzeitig zusätzliche 15 kW elektrische Leistung und 200 Newtonmeter Drehmoment erzeugt. „So steht in beiden Motorvarianten schneller mehr Leistung und ein höheres Drehmoment zur Verfügung“, erklärt Christof Kühner. „Gerade beim Anfahren oder Beschleunigen macht sich das positiv bemerkbar.“

Das gilt auch für den Verbrauch. Trotz der gesteigerten Fahrdynamik können mit der Mild-Hybrid Technologie Verbrauchseinsparungen und CO₂-Reduzierungen erreicht werden, die bisher nur den Plug-in Hybridmodellen vorbehalten waren. Möglich wird das aufgrund der 48-Volt-Batterie, die Energie speichern und an die E-Maschine abgeben kann. Dadurch sind typische Hybridfunktionen verfügbar: Rekuperation, Lastpunktverschiebung, Segeln und ein nahezu nicht wahrnehmbares Wiederanlaufen des Motors bei der Start Stopp-Funktion.

Wie funktioniert die Rekuperation beim Mild-Hybrid?

Beim Bremsen oder Aufrollen auf ein vorausfahrendes Fahrzeug wird Bremsenergie freigesetzt, die der ISG in Strom umwandelt („rekuperiert“) und zum Laden der 48-Volt-Batterie verwendet. „Die 48-Volt-Batterie speichert die durch die Rekuperation gewonnene Energie und speist damit die Elektromaschine. So kann die E-Maschine dem Verbrennungsmotor die bis zu 15 kW für eine dynamischere Beschleunigung zur Verfügung stellen“ erklärt Christof Kühner.

Was bewirkt die Lastpunktverschiebung?

Darüber hinaus wirkt sich die Mild-Hybrid Technologie positiv auf die Motorlast aus: „Weil der ISG im niedrigen Drehzahlbereich die Lastpunkte verschieben kann, indem er den Motor elektrisch unterstützt, arbeitet der Verbrennungsmotor immer in einem günstigen Kennfeld.“ Das führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch „gerade im Stadtverkehr, wenn ich den Motor im Stop-and-Go-Verkehr ständig starte und von unten raus, also bei niedriger Drehzahl, beschleunige.“

Was versteht man unter Segelfunktion?

Die Segelfunktion unterstützt das aktive Kraftstoffeinsparen. Nimmt der Fahrer im Fahrprogramm ECO den Fuß vom Fahrpedal, wird der Verbrennungsmotor vom Antrieb abgekoppelt und ganz abgeschaltet. „Das fühlt sich für mich als Fahrer an, als würde das Fahrzeug sanft über die Straße segeln.“ Der Wiederstart aus dem Segelbetrieb ist hingegen kaum wahrnehmbar, da der Startergenerator den Verbrennungsmotor sehr schnell und gleichmäßig auf Synchrondrehzahl bringt, wodurch der Startvorgang noch ruhiger wird. Das gleiche Prinzip gilt für das Wiederanlaufen des Motors bei der Start Stopp-Funktion, das dadurch für den Fahrer kaum wahrnehmbar ist. „Fahrtkomfort pur“, meint Christof Kühner.

„Electric first“: Vom elektrifizierten Verbrenner bis zur vollelektrischen Luxuslimousine

Die neuen Vierzylinder-Motoren in der C-Klasse sind modular aufgebaut und zählen zur sogenannten Family of Modular Engines (FAME). Vorteil der FAME ist, dass die Grundmotoren sowohl mit Mild-Hybrid- als auch mit Plug-in-Hybrid-Antriebssträngen kombiniert werden können. Das trägt auch zur flexiblen Produktion von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebssträngen auf einer Linie bei. Und folgt zugleich dem Ansatz, die gesamte Bandbreite der Elektrifizierung abzudecken, um den unterschiedlichen Kundenbedürfnissen gerecht zu werden.

1. Mild-Hybride: Elektrifizierte Verbrennungsmotoren, wobei ISG und 48-Volt-Bordnetz den Verbrennungsmotor lediglich unterstützen. Zum Beispiel in der neuen C-Klasse.

2. Plug-in-Hybride: Elektrifizierte Verbrennungsmotoren, die zusätzlich mit einem Elektromotor angetrieben werden und aufgrund der externen Lademöglichkeit viele Alltagsstrecken voll elektrisch zurücklegen können. Zum Beispiel die Kompaktwagen (von der A-Klasse bis zum CLA Shooting Brake), die neue C-Klasse, die E-Klasse, der GLE oder die S-Klasse.

3. Mercedes-EQ: Rein batterieelektrische Fahrzeuge, die ausschließlich von einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben werden. Zum Beispiel EQA, EQB, EQC oder EQS.

Wer also nicht auf direktem Weg vom Verbrennungsmotor auf einen rein batterieelektrisch angetriebenen Mercedes-EQ umsteigen möchte (oder kann), findet in der elektrifizierten C-Klasse als Mild-Hybrid oder Plug-in-Hybrid ideale Brückentechnologien. Verkaufsstart für die Mild-Hybride war am 30. März, die C-Klasse Limousine und das T-Modell stehen ab Juni 2021 bei den Händlern, der erste C-Klasse Plug-in-Hybrid folgt kurz darauf. Und wer den Schalter längst auf E-Mobilität umgestellt hat, für den hält Mercedes-EQ in diesem Jahr einiges bereit - vom kompakten EQA bis zur Luxuslimousine EQS.

¹ Die angegebenen Werte sind die ermittelten „WLTP-CO₂-Werte“ i.S.v. Art. 2 Nr. 3 Durchführungsverordnung (EU) 2017/1153. Die Kraftstoffverbrauchswerte wurden auf Basis dieser Werte errechnet. Stromverbrauch und Reichweite wurden auf Grundlage der VO 2017/1151/EU ermittelt. Alle genannten Daten sind vorläufig. Das Fahrzeug wird noch nicht zum Verkauf angeboten.

*** Die angegebenen Werte wurden nach dem vorgeschriebenen Messverfahren ermittelt. Es handelt sich um die „NEFZ-CO₂-Werte“ i.S.v. Art. 2 Nr. 1 Durchführungsverordnung (EU) 2017/1153. Die Kraftstoffverbrauchswerte wurden auf Basis dieser Werte errechnet. Der Stromverbrauch wurde auf der Grundlage der VO 692/2008/EG ermittelt.